(57)【要約】【課題】  外部環境に応じた植物の光合成活動の活性度変化に対応し、常に最適な量の給水を可能とする給水制御方法、給水制御システムを提供する。【解決手段】  植物に照射される光の照度Ｌを検出し、検出結果に基づき当該植物への給水量Ｓを、照度Ｌが高いときには相対的に多く、照度Ｌが低いときには相対的に少なくするよう制御する。給水制御システム１は、電源１０、給水源２０、照度センサ３０、制御装置４０とから構成される。制御装置４０には、予め照度Ｌと給水量Ｓとの所望の関係が入力装置４１又はタイマ４２〜４４から入力される。制御装置４０は、照度センサ３０による照度Ｌ検出結果に応じて、この入力データを基準に給水源２０のオン・オフを操作する。給水量の増減は、給水源２０のオフの時間（給水停止時間）を入力データに従って増減させることにより制御される。【選択図】図１
2010124766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物に与える水の量を制御する給水制御方法において、
植物に照射される光の照度を検出し、前記検出結果に基づき、当該植物への給水量を、照度が高いときには相対的に多く、照度が低いときには相対的に少なくするよう制御することを特徴とする給水制御方法。
【請求項２】
前記植物への給水を、単位時間に一定量を間欠的に給水する間欠給水とし、前記給水量の制御を、前記間欠給水の間の給水停止時間を増減させることによって制御することを特徴とする、請求項１に記載の給水制御方法。
【請求項３】
植物に照射される照度に少なくとも１つの閾値を予め設定し、前記閾値を境にして前記給水停止時間を増減させることを特徴とする、請求項２に記載の給水制御方法。
【請求項４】
前記植物が栽培される環境の温度、炭酸ガス濃度のいずれか一方もしくは双方を検出し、検出された温度が予め定められた少なくとも１つの閾値よりも低い場合には前記給水量を予め定められた量以上とならないよう制御し、検出された炭酸ガス濃度が予め定められた少なくとも１つの閾値よりも高い場合には前記給水量を予め定められた量よりも一定の算式に従って多くするよう制御することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一に記載の給水制御方法。
【請求項５】
植物に与える水の量を制御する給水制御システムにおいて、
電源と、給水源と、照度センサと、制御装置とから構成され、前記制御装置に予め入力された照度と給水量との関係に基づき、前記制御装置が、前記電源からの電気エネルギによって前記給水源のオン・オフを操作し、前記照度センサによる照度検出結果に応じて植物への給水量を制御するよう構成されていることを特徴とする給水制御システム。
【請求項６】
前記電源が、家庭用電源、太陽光発電装置のいずれか一方、もしくは双方から構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の給水制御システム。
【請求項７】
前記太陽光発電装置が、前記照度センサの機能を兼ねることを特徴とする、請求項６に記載の給水制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物に最適な量の給水を行うための給水制御方法、及び同じく給水制御システムに関する。より具体的に、本発明は、植物が行う光合成活動の活性度に応じ、最適な給水量を提供する給水制御方法、及び給水制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
植物は、葉緑体により太陽光などの光から変換した化学エネルギを用い、根から吸収した水分と、空気中から採取した炭酸ガスとを利用して炭水化物などの養分を合成している。以下、これを「光合成」（炭酸同化作用とも呼ばれる）と呼ぶ。
【０００３】
植物が光合成活動を行う際の活性度（以下、これを「光合成速度」とも呼ぶ。）は、一定の限度内において光の強さが強いほど、炭酸ガス濃度が高いほど、また気温が高いほど高まる。もちろん植物の種類、地質、大気の状況などの他の要因によっても異なるが、特に光の強さを例に採れば、明かりのない夜間には光合成速度はほぼゼロに近くなり、一方、快晴時の昼間には光合成速度は大きく、曇天時にはこれらの中間的な光合成速度となる。
【０００４】
植物を栽培する場合、一般に光合成を活性化させることが栽培効率を高めるものとなる。すなわち、野菜等であれば大きさ、太さなどを含めて収穫量が増え、鑑賞植物であればより元気で鮮やかな色彩の植物が得ることができる。このため、植物栽培の分野の従来技術において、白色灯を利用して光の強さを高める技術（例えば、特許文献１参照。）、あるいは炭酸ガス濃度を高める技術（例えば、特許文献２参照）などにより、光合成を促進させる技術が開示されている。また、温室やこれに準じた設備を整えて植物が栽培される外部環境の気温を高めるハウス栽培が行われることはよく知られた技術である。
【０００５】
一方、給水に関していえば、植物が光合成を行っている間においては根からの水分の吸収が活発であり、夜間等で光合成速度が低下するにつれて水分の吸収量が減退する。これに応じ、植物への給水は、昼間などの光合成速度が高い間は給水量を多くし、夜間などではこれを減少することが植物のためにも、あるいは給水用のエネルギ消費の観点、水の効率的利用の観点からも望ましい。さらに、特には水分が吸収される土壌での栽培とは異なり、水を循環させる形式の水耕栽培の場合などにおいては、夜間などにおける余剰の給水はトマト等の野菜類において、果実の玉割れを起させるなどの弊害を生むことにもなる。
【０００６】
これらとは別個、従来技術では太陽電池パネルを利用して給水のためのポンプ駆動を行う省エネルギのエコ技術も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００８−２１２６８５号公報
【特許文献２】特開２００７−３１９０２２号公報
【特許文献３】特開平１１−２９３７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術により開示された植物の光合成活動の促進化対応、さらには給水量の最適化には未だ改善の余地が残されている。上述した特許文献１に見られる光の強さを高める技術、あるいは特許文献２に見られる炭酸ガス濃度を高める技術、さらには温室などによって外部環境温度を高める技術は、光合成を促進させる効果を有するものではあっても、これらによって活性化される光合成活動に呼応した給水量の管理には、必ずしも十分な目が向けられていなかった。また、特許文献３に見られる太陽エネルギを利用する技術は、単に給水ポンプを駆動するための電力として電源を利用する代わりに太陽電池パネルを利用するだけの省エネルギを目的としたものであって、植物の光合成活動に対応するものではなかった。
【０００８】
植物の光合成が盛んであり、根からの水分吸収が激しい昼間において給水量を増やし、夜間の光合成が低下、または停止している状態では給水量を低減させる技術の提供が望まれている。従来技術で考えられるこれを可能にする方策としては、例えばタイマを設置して昼間と夜間の間とで給水量を調節することがあり得る。しかしながら、この方策によっては、昼間と夜間の時間比率が異なる夏・冬との間でタイマのセッティングを変化させなければならない。また、同じ昼間であっても照度が低下する悪天候の場合への対応はできず、さらに温度差、炭酸ガス濃度変化などが加わった場合にはその調整は極めて複雑となって実質上その管理は困難ともなり得る。
【０００９】
以上より、本発明は上述した従来技術による問題点を解消し、植物への給水量に関して設定条件の変更などの人為的な調整を基本的に必要とせず、環境変化に応じた植物の光合成活動に対して常に最適な量の給水を管理、制御することを可能とする方法、並びに該システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、光の強さを検出し、検出結果に応じて植物への給水量を自動調節可能とし、オプションとして温度、炭酸ガス濃度を検出して給水量を自動調節可能とする方法並びに同システムを提供することによって上述した課題を解消するもので、具体的には以下の内容を含む。
【００１１】
すなわち、本発明の１つの態様は、植物に与える水の量を制御する給水制御方法であって、植物に照射される光の照度を検出し、前記検出結果に基づき、当該植物への給水量を、照度が高いときには相対的に多く、照度が低いときには相対的に少なくするよう制御することを特徴とする給水制御方法に関する。
【００１２】
前記植物への給水量の制御は、給水を単位時間に一定量間欠的に給水する間欠給水とし、前記間欠給水の間の給水停止時間を増減させることによって行うことができる。この際、植物に照射される照度に関して少なくとも１つの閾値を予め設定し、前記閾値を境にして前記給水停止時間を増減させることができる。
【００１３】
前記植物が栽培される環境の温度、炭酸ガス濃度のいずれか一方もしくは双方を検出し、前記検出された温度が予め定められた少なくとも１つの閾値よりも低い場合に、前記給水量を予め定められた量以上とならないよう制御することもでき、また検出された炭酸ガス濃度が予め定められた少なくとも１つの閾値を越えた場合に、前記給水量を予め定められた量よりも所定の算式に従って多くするよう制御することもできる。
【００１４】
本発明にかかる他の態様は、植物に与える水の量を制御する給水制御システムであって、電源と、給水源と、照度センサと、制御装置とから構成され、前記制御装置に予め入力された照度と給水量との関係に基づき、前記制御装置が、前記電源からの電気エネルギによって前記給水源のオン・オフを操作し、前記照度センサによる照度検出結果に応じて植物への給水量を制御するよう構成されていることを特徴とする給水制御システムに関する。
【００１５】
前記制御装置に、前記給水源のオフ時間を設定可能な少なくとも２つのタイマを接続し、前記制御装置は、前記照度検出結果に応じて前記少なくとも２つのタイマのいずれかの設定時間に従って前記給水源のオン・オフを操作するよう構成することができる。
【００１６】
前記電源は、家庭用電源、太陽光発電装置のいずれか一方、もしくは双方から構成することができる。電源として太陽光発電装置を使用した場合、当該太陽光発電装置が照度センサの機能を兼ねることもできる。
【００１７】
前記給水源は、貯水槽から水を汲み上げるポンプのオン・オフにより給水、停止するポンプ駆動の給水源、又は水道のバルブの開閉により給水、停止するバルブ操作の給水源のいずれかとすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実施により、外的環境の変化による植物の光合成速度に応じて常に最適な給水量を確保することが可能となり、植物の発育を促進させると共に、省力化、省資源化にも寄与する効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る第１の実施の形態の植物の給水制御システム、植物の給水制御方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる給水制御システム１を示している。図において、給水制御システム１は、電源１０と、給水源２０と、照度センサ３０と、制御装置４０と、とから主に構成されている。
【００２０】
電源１０は、好ましくは家庭用の１１０Ｖ電源が利用可能であり、代替としてそれ以外の電源であっても使用可能である。省エネルギ対策ともなる他の態様として、太陽電池とバッテリとの組み合わせ、さらにはこれらのバックアップとして家庭用電源が用いられてもよい。これに関しては後述する。
【００２１】
給水源２０としては、図に示す貯水槽２１と、貯水槽２１から水をくみ上げて供給するポンプ２２の組み合わせにかかる給水源を利用することができる。他の態様としては、図の破線で示す電磁バルブ等のバルブ２５を開閉することにより、水道２６を給水源として利用することができる。
【００２２】
照度センサ３０は、対象となる植物に照射される太陽光の強さ（以下、これを照度とも呼ぶ。）、あるいは特殊な環境（人工的な照度付与等の場合）での光の強さを検出する。
【００２３】
そして、制御装置４０は、システム全体の動作を制御するもので、これまで述べた要素が制御装置４０に接続されている。その他要素として、まず入力装置４１が制御装置４０に接続されてもよい。入力装置４１は、制御装置４０自身に設けられていてもよく、操作性の観点から図示のように外部に設置されてもよい。
【００２４】
入力装置４１からは、まず照度センサ３０から入力される照度に応じた給水モードを切り替えるための照度の閾値が入力可能である。例えば、昼間モード、移行モード、夜間モード（これらに関しては後述する。）など、照度の大きさに応じて給水モードを切り替える際の基準の設定が可能である。これら３つの給水モードとすることは単なる一例であって、３つに限定されるものではない。照度に応じた給水量を細かく管理するためにより多くの給水モード設定が可能であり、あるいは昼間、夜間のみのような２つの給水モードとすることもできる。以下の説明では単純化のため、上記の３つもの給水モードを例にして説明する。
【００２５】
入力装置４１からは次に、給水時間／給水停止時間の設定値を入力することができる。上述した異なる各給水モードに応じて、バルブを開く、あるいはポンプを稼動させるなどにより給水するための給水時間、逆にバルブを閉じ、あるいはポンプの稼動を停止させて給水を停止するための給水停止時間が含まれる。
【００２６】
制御装置４０には、入力装置に代えてタイマ４２、４３、４４が接続されてもよい。これらのタイマ４２〜４４は、それぞれ給水を停止する際の最小停止時間Ｔｍｉｎ、最大停止時間Ｔｍａｘ、その中間となる中間停止時間Ｔｍｉｄをセットするために使用される。これらはいずれも給水を停止する時間をいうが、最小停止時間Ｔｍｉｎは過剰給水を回避するために給水を一時的に停止する時間に相当し、最大停止時間Ｔは、給水停止の間であっても水の供給不足による根の乾燥を回避するためなどに行う、一定の給水間隔が開いた場合に一時的に給水を行う際の当該間隔時間に相当するということができる。これについては後に詳述する。なお、図示の例ではタイマ４２〜４４を３つ設けているが、これは以下に示す閾値を２つ設けて計３つの給水モードとする場合の例を示すものであり、タイマの数は２つ（閾値が１つの場合）であっても、４つ以上（閾値が３つ以上の場合）であってもよい。
【００２７】
以上のように構成された本実施の形態にかかる給水制御システム１は、以下のように動作する。まず、電源１０、水源２０が接続され、入力装置４１、またはタイマ４２〜４４から、システムの稼動に必要なデータが入力される。給水制御システム１の稼動が開始すると、まず照度センサ３０が、植物に照射される光の強さ（照度）を検出し、検出結果が制御装置４０に入力される。制御装置４０は、入力装置４１などから予め入力された照度の閾値に応じ、検出された照度がどの給水モードにあるかを判断する。
【００２８】
ここで、照度が「昼間モード」にあると判断されると、入力装置４１またはタイマ４２〜４４のいずれかから入力された条件に基づき、所定時間ごとにポンプ２２を駆動することにより貯水槽２１から所定量の給水を行う。あるいは所定時間ごとにバルブ２５を開閉することにより水道２６から所定量の給水を行う。昼間モードにあるときは植物の光合成は最大限に活性化していることを意味し、したがってこの昼間モードにおける給水量は相対的に大となるため、この間の給水停止時間は、最小停止時間Ｔｍｉｎとなる。
【００２９】
図１に示す例では、ポンプ２２により貯水槽２１から吸引された水は、水耕栽培場５０内に配設された給水管５１に供給される例を示している。給水管５１を巡った水は再度貯水槽２１内に回収することができ、資源の有効活用を図ることができる。この際、図示しない濾過装置を貯水槽２１の回収側に設置することができる。また、破線で示すバルブ２５の開閉によって水道水を給水する場合では、水は土壌栽培場６０に導かれ、スプリンクラ６１を介して土壌に噴霧される例を示している。この場合には水は回収されず、土壌中に浸透させるものとなる。その他の如何なる栽培場に給水するかは任意である。
【００３０】
次に、夜間となって照度センサ３０による検出照度が予め入力された閾値以下となり、「夜間モード」であると判断されると、制御装置４０によるポンプ２２またはバルブ２５を操作する頻度は、これも予め入力された条件に従って少なくなり、給水量は制限される。すなわち、「夜間モード」における給水量は相対的に小となるため、この間の給水停止時間は、最大停止時間Ｔｍａｘとなる。
【００３１】
これら昼間と夜間との間にある中間的な照度、すなわち昼間であっても曇天、雨天のような場合には、その照度に応じて予め入力されたデータから制御装置４０は「移行モード」であると判断し、予め入力された条件に従って給水量が制限される。「移行モード」における給水停止間時間は、「昼間モード」と「夜間モード」の中間的な大きさの停止時間Ｔｍｉｄとなる。この移行モードは、曇天のみに限らず、例えば日の出時、日没時などにおいても検出され、適用されるものとなる。
【００３２】
図２は、光の強さに応じた各給水モードの給水パターンを示している。図において、横軸が１日の時間経過を表し、図の上方の曲線は時間経過に応じた照度の変化を、図の下側が、この照度の変化に応じた給水パターンを示している。まず、上方の照度Ｌの変化において、左端の時間経過の開始は深夜としている。深夜から明け方にかけて照度Ｌが徐々に高まり、日中に相当する横軸の中間近辺で照度Ｌが最大となり、その後、日の傾斜に伴って照度Ｌが徐々に低下して右端の深夜になって照度Ｌが最小となる。その後は左端に戻り、この概略サインカーブに似た照度Ｌの変化が日ごとに繰り返される。ただし、日中の天候（快晴か曇天か）、夜間の月齢（満月か新月か）や外灯の有無などの影響などによってカーブの形状は異なり得る。
【００３３】
同じく図２の上方にある照度Ｌの変化において、夜間から昼間に移る過程において、照度Ｌが予め設定された第１の閾値Ｌ１、第２の閾値Ｌ２をこの順にクロスする。逆に昼間から夜間に移る過程において、照度が第２の閾値Ｌ２、第１の閾値Ｌ１をこの順にクロスする。本実施の形態では、第１の閾値Ｌ１は、これよりも低い照度である場合には夜間モードであること、第２の閾値Ｌ２は、これよりも高い照度である場合には昼間モードであること、そして第１の閾値Ｌ１以上で第２の閾値Ｌ２以下にある場合には移行モードであることと定義している。ただし、極端な悪天候時などにおいては日中の照度Ｌが第２の閾値Ｌ２に到達しない場合もあり得る。
【００３４】
上記の照度変化に応じた図の下方に示す給水パターンにおいて、各棒グラフは給水されている量と時間を表している。例えば左端の夜間モードにおいて、給水時間ｔは上述したポンプ２２が駆動状態、あるいはバルブ２５が開状態にある時間を示し、これは予め定められた時間であって制御装置４０に入力され、制御される。棒グラフと棒グラフの間隔となる時間のＴｍａｘは、同じくポンプ２２が停止、バルブ２５が閉となる時間を示しており、夜間モードにあることからこれを最大停止時間（Ｔｍａｘ）と呼んでいる。この時間も予め入力され、制御装置４０により制御される。
【００３５】
１つの棒グラフの高さＳは、単位時間あたりの給水量を表し、これはポンプ２２の駆動による水の吐出量（単位時間当り）、あるいは電磁バルブ２５が開状態になったときの水道からの流量（単位時間当り）に相当する。本実施の形態では、この給水量Ｓをモードに関係なく一定としているが、バルブ２５の開度、ポンプ２２の吐出量を変化させて単位時間当りの給水量を変化させることも勿論可能である。この単位時間あたりの給水量に一回の給水時間ｔをかけたものが実際に植物に供給される水量となる。
【００３６】
次に照度Ｌが高まって第１の閾値Ｌ１、さらには第２の閾値Ｌ２の２つを越えると、昼間モードに入り、植物の光合成が最も活発な状態にあるため、これに対応した十分な給水が求められる。図２の下側中央部分にある昼間モードにおいて、本実施の形態では給水時間ｔ、単位時間当り給水量Ｓは先の夜間モードと同一とし、棒グラフ（給水）の間隔に当る給水停止時間を最小停止時間Ｔｍｉｎと短くしている。これにより、１つの棒グラフに相当する給水量は夜間モードと同一としながらも、給水頻度を高める（間欠給水の間の給水停止間隔を狭くする）ことによって昼間モードの間全体としての給水量を高めている。
【００３７】
そして、第１と第２の閾値の中間となる「移行モード」においても同様に、給水量Ｓ、給水時間ｔは同一としながら、給水停止時間を最大停止時間Ｔｍａｘと最小停止時間Ｔｍｉｎの間で予め定められた中間停止時間Ｔｍｉｄとして、給水を両者の中間的な量となるよう制御している。
【００３８】
図３は、以上説明した照度Ｌと停止時間Ｔとの関係（階段状の実線で表示）を示している。図において、横軸は照度Ｌ、縦軸が停止時間Ｔを示している。停止時間Ｔは、照度Ｌが低い間（夜間モード）は最大停止時間Ｔｍａｘにセットされ、照度が高い間（昼間モード）では最小停止時間Ｔｍｉｎにセットされ、そしてその中間の移行モードではその中間となる中間停止時間Ｔｍｉｄにセットされる。
【００３９】
本出願人らが行ったテスト操業では、給水時間ｔは２〜４５秒に、最大停止時間Ｔｍａｘは３０〜２００分に、最小停止時間Ｔｍｉｎは１０〜１００分にし、そして中間停止時間Ｔｍｉｄをも含めた各停止時間の関係をＴｍａｘ＞Ｔｍｉｄ＞Ｔｍｉｎとなるよう設定している。単位時間当りの給水量Ｓは、給水対象となる植物、給水すべき範囲（植物の量、給水面積など）によって異なり得る。
【００４０】
以上の構成により、制御装置４０がシステム全体を制御することによって、植物の光合成作用の活性度に応じて最適な給水量を制御することが可能となる。ただし、上述した構成に限定されず、これら構成を様々に変化させた態様が可能であることは当業者には理解されよう。その内の１つが、給水時間ｔ、単位時間当りの給水量Ｓを各給水モードごとに変化させて制御することであるが、それ以外にも以下のような態様が可能である。
【００４１】
まず、図２に示す態様では、閾値として第１、第２の閾値Ｌ１、Ｌ２を設け、給水モードを３つに分割しているが、閾値を１つのみとし、夜間モードと昼間モードの２つに分割して制御することができる。逆に閾値を３つ、あるいはそれ以上とし、よりきめ細かく給水量を制御することも可能である。閾値を多数とした場合、実質的に照度Ｌの大きさに応じて無段階切り替えにて給水量の制御が可能となる。この場合の照度Ｌと停止時間Ｔとの関係は、図３の一点鎖線で示す直線状、もしくはこれに近い細かい段階的な線状となる。
【００４２】
他の態様として、実質的に給水停止時間Ｔを設けることなく、照度Ｌの大きさに応じてバルブ２５の開度を閉〜全開の間で制御することにより、あるはポンプ２２の駆動を停止〜フル稼働（例えば、モータ回転数を０〜最大回転）の間で制御することにより、最適な給水量を実現することもできる。すなわち、図２に示す各モードにおいて、棒グラフの合計面積に相当する量の水量を一定量に平均化して常時給水するようにしてもよい。特に図１に示す土壌栽培場６０で植物を栽培する場合においては、このような常時給水の制御が可能となる。ただし、例えば僅かに傾斜させた給水管５１中に水を流し、該給水管５１に開いた穴に根を差し込んで植物を育てる水耕栽培場５０などにおいては、僅かな水量を常時流す方法では植物に対する給水が十分にならない恐れがある。このような場合には図２に示すように一定量を間欠的に流す方法とすることが好ましい。
【００４３】
さらに他の態様としては、図２の下側に示す棒グラフのように間欠的な単位給水量を固定とせず、停止時間（Ｔ）よりも給水時間（ｔ）の方を変化させて制御する方法、あるいは停止時間（Ｔ）と給水時間（ｔ）の双方を変動可能として制御する方法も考え得る。
【００４４】
次に、本発明に係る第２の実施の形態の給水制御方法、同制御システムにつき、図面を参照して説明する。図４は、本実施の形態にかかる制御システム２の一部を示しており、ここでは、先の実施の形態にかかる電源１０の代わりに太陽発電装置１５を使用するものとしている。図において、太陽発電装置１５は、ソーラーパネル１６、太陽電池充放電コントローラ１７、バッテリ１８から構成されている。ソーラーパネル１６で発電された電気エネルギは、太陽電池充放電コントローラ１７に入力され、さらに制御装置４０へ入力される。余剰となった電力は充放電コントローラ１７からバッテリ１８に向けて充電用に送電される。
【００４５】
図面では省略しているが、先の実施の形態と同様、制御装置４０には入力装置４１またはタイマ４２〜４４、給水機構（電磁バルブ２５及び水道源２２、またはポンプ２２プラス貯水槽２１）が接続され、これら接続された各要素は、それぞれ先の実施の形態と同様な機能を有している。
【００４６】
本実施の形態にかかる給水制御システム２のさらなる特徴は、先の実施の形態における照度センサ３０の役割をソーラーパネル１６自身が果たすことができることにある。すなわち、夜間から昼間に移り代わるにつれて外部環境の照度が高まると、ソーラーパネル１６が発電を始めるが、発電量は照度が高まるに従って大きくなる。この発電量の変化を充放電コントローラ１７が捉え、この結果を制御装置４０に入力することによって制御装置４０はこれを照度の強さと認識し、先の実施の形態と同様に照度に応じて各種機能を制御することができる。
【００４７】
以上の構成にかかる本実施の形態の給水制御システム２の動作は以下のようである。日の出により照度が高まるとソーラーパネル１６が発電を開始し、発電による電気エネルギは充放電コントローラ１７に送られる。充放電コントローラ１７の入力状態は制御装置４０に伝えられ、制御装置４０はそれに基づいて照度の大きさを判断する。この際、発電量（＝照度）の大きさに応じて任意の数の閾値を予め設けておくことは、先の実施の形態と同様である。一方、充放電コントローラ１７からは電気エネルギが制御装置４０に送電され、制御装置４０はこの電気エネルギを利用してポンプ２２の駆動ほかを制御し、必要な給水量を植物に供給する。昼間における余剰の発電量は、充放電コントローラ１７からバッテリ１８に送られて充電される。日没によりソーラーパネル１６の発電が停止すると、制御装置４０は照度の低下を認識し、「夜間モード」の制御に切り替える。この際、ソーラーパネル１６での発電は休止状態にあるため、昼間にバッテリ１８に蓄電された電力が充放電コントローラ１７を介して制御装置４０に送電されるものとなる。その他の制御の詳細は、先の実施の形態と同様である。
【００４８】
図４において、制御装置４０にはオプションとして家庭用電源の接続も可能である。これは、ソーラーパネル１６の能力が十分でない場合、あるいは悪天候が続くなどの要因によりソーラーパネル１６の発電量が不足する場合などにおいて、家庭用電源をバックアップとして使用するものである。この場合、家庭用電源１０は変圧して使用するものとなる。また、この際には家庭用電源が存在することから、夜間対策としてのバッテリ１８を省略することも可能であるが、停電などの緊急時に備えてそのまま配備しておくことが好ましい。
【００４９】
本出願人らが行ったテストでは、ソーラーパネル１６として京セラ株式会社（本社：京都市伏見区）の多結晶シリコンタイプKC40TJ（最大出力動作電圧１７．４Ｖ）、充放電コントローラ１７として株式会社電菱（本社：東京都荒川区）の太陽電池充放電コントローラSHS-6（定電圧：１４．３Ｖ）、制御装置４０として日進技研株式会社（愛知県瀬戸市）のポンプタイマCPT-5をそれぞれ使用している。この制御装置は、タイマとリレーから主に構成される比較的簡便な制御装置である。
【００５０】
図４ではさらに、オプションとして破線で示す照度センサ３０が制御装置４０に接続されてもよい。この場合、照度はこの照度センサ３０が検出するものとなるため、ソーラーパネル１６は、専ら発電用として利用されるものとなる。すなわち、この場合の構成は、先の実施の形態において電源１０をソーラー発電機構１５に置き換えたものとなり、他の構成は先の実施の形態と同様とすることができる。なお、このような構成であっても、照度に応じた給水量を制御することにおいて、特許文献３に開示されたような太陽電池パネルを単に発電用としてのみ使用し、ポンプから貯水槽に汲み上げた水を常時一定量供給するシステムとは技術的に一線を画するものとなる。
【００５１】
次に、本発明に係る第３の実施の形態の給水制御方法、給水制御システムにつき、図面を参照して説明する。本実施の形態に係る給水制御システムは、第１の実施の形態にかかる給水制御システム１に対し、図１に破線で示す温度センサ７０、炭酸ガスセンサ８０のいずれか一方または双方が追加されたものである。
【００５２】
本明細書の冒頭部分にも述べたように、光合成速度は、光の強さの他にも、温度や炭酸ガス濃度などの外的な環境要因による影響を受ける。光合成速度は、これら要因のうち、最も条件が悪いものによって制約されるものとなる。例えば、照度が同じであっても、外気温度が低いときの光合成速度は、外気温度が高いときの光合成速度より小さいものとなる。これは炭酸ガス濃度についても同様なことが言え、また照度自身についても同様なことが言える。つまり、照度、温度、炭酸ガス濃度の内の最も条件が悪いものの数値に達すると、光合成速度はそれ以上高まることがなくなる。このように、光合成速度を決定する要因は「光合成速度の限定要因」と呼ばれる。
【００５３】
先に述べた２つの実施の形態では、照度のみを基準にして給水量を制御するものとしていたが、温度及び／又は炭酸ガス濃度が一定値を下回る場合、照度のみを基準にすると余剰の水を供給することにもなりかねない。これを回避するため、本実施の形態ではこれら温度センサ７０、炭酸ガス濃度センサ８０のいずれか一方又は双方を追加して制御装置４０に接続し、これらの検出結果も踏まえて給水量を制御可能としたものである。
【００５４】
このように構成された本実施の形態に係る給水制御システムの動作は、基本的に第１の実施の形態と同様であり、まずは照度を基準にして給水量（または停止時間Ｔの大きさ）が決められるが、これに加え、温度センサ７０によって温度が一定値以下であることが検出されたとき、あるいは炭酸ガス濃度センサ８０によって炭酸ガス濃度が一定値以下であることが検出されたとき、照度がさらに高まっても給水量をそれ以上増加しないよう制御するものである。具体的には、一定の悪条件が検出された場合、給水の停止時間Ｔを最低停止時間Ｔｍｉｎまで短くせず、停止時間Ｔを長めに維持することなどにより対応が可能である。このため、本実施の形態では、照度において閾値Ｌ１、Ｌ２を設定したように、温度又は炭酸ガス濃度に応じた単数又は複数の閾値を予めセットしておき、これら閾値に至った場合に給水量のそれ以上の増加を停止するものとしている。
【００５５】
環境変化を考えた場合、気温は季節要因ほかによって変動が大きく、温度センサ７０の追加による効果は大いに見込まれる。これに対し、炭酸ガス濃度は大気中においては大きな変動はなく（平均的に空気中の０．０３％と言われる）、特別な用途を除いて通常の使用状態においては炭酸ガス濃度センサ８０の追加は不要であろう。特には、炭酸ガス濃度が低くなる方向へ変化することは余り考えられないが、特許文献２にも見られるように、逆に光合成活動を活性化させるために室内に炭酸ガス発生装置を備えることなどの技術開発が行われている。このような場合において、炭酸ガス濃度が予め定められた閾値を越えた場合に、むしろ給水量を増やす方向で制御することが考えられる。どの程度給水量を増加させるかは、各種の条件下において実験などにより予め算式を定めておくことができる。また、温度と炭酸ガス濃度との双方が変動した場合に調整すべき給水の変動量についても同様に、実験などをベースとして予めロジックを組んでおくことができる。
【００５６】
これらのセンサの例として、株式会社山武（東京都千代田区）の気温センサST-30、ネポン株式会社（東京都渋谷区）の炭酸ガスセンサなどが利用可能である。
【００５７】
以上、本発明に係る各実施の形態について、主に給水制御システムを具体例として説明してきたが、本発明は、照度が高まるにつれて活性化する植物の光合成作用に対応し、十分な給水量を確保する給水制御方法をも包含している。すなわち、本発明に係る給水制御方法は、植物に照射される光の照度を検出し、前記検出結果に基づき、当該植物への給水量を照度が高いときには相対的に多く、照度が低いときには相対的に少なくするよう給水量を制御することを特徴としている。
【００５８】
また、上記各実施の形態における説明では、太陽光の照射による照度に関して説明しているが、太陽光に限らず、電灯等による人工的な光の照射においても同様に適用可能である。さらに、給水するものは基本的に「水」ではあるが、特に貯水槽の水をポンプで汲み上げる方式においては、栄養剤などの特定の添加剤を含む水であってもよい。バルブ開閉式の給水装置であっても、より高い位置にある給水塔から導管で導くような場合においては、添加剤を含む水の給水が可能である。
【００５９】
さらには、以上の各実施の形態においては照度センサによる検出結果に直接応答して給水量を制御するものとしているが、照度センサから制御装置に至る間にディレー回路をさらに設け、照度センサの検出タイミングからある程度の時間差を設けて給水／停止を制御することもできる。植物の特定として照度が高まってから光合成活動が開始されるまでのタイムラグ、さらに光合成活動が開始されてから水分給水作用が開始されるまでのタイムラグが見込まれる場合、適切なディレー回路を設置することによって最適タイミングで給水制御ができるようになる。本願発明には、これら各種態様をも包含されているものとする。
【００６０】
なお、以上の説明では全て光合成に関連した給水量の制御に関して述べてきたが、光合成に加えて植物の他の生理作用を加味した給水量の制御を合わせて行うことも勿論可能である。他の生理作用としては、葉の気孔からの水分放出である蒸散作用、葉の先端や周縁からの水分排出となる排水現象などがあげられる。例えば蒸散作用は温度が高く、湿度が低いときに盛んであることが分かったおり、例えば本発明にかかるシステムに湿度センサをさらに追加し、低湿度となった際に給水量を通常よりもやや多めに制御することなどが考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る給水制御方法、給水制御システムは、農業、園芸の産業分野、特には水耕栽培の産業分野において広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明にかかる実施の形態の給水制御システムを示す構成図である。
【図２】図１に示す給水制御システムにおける照度と給水パターンとの関係を示すグラフである。
【図３】図２に示す給水パターンにおける照度と給水停止時間との関係を示すグラフである。
【図４】本発明にかかる他の実施の形態の給水制御システムを示す部分構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１．給水制御システム、  １０．電源、  １５．太陽発電装置、  １６．ソーラーパネル、  １７．充放電コントローラ、  １８．バッテリ、  ２０．給水源、  ２１．貯水槽、  ２２．ポンプ、  ２５．バルブ（電磁バルブ）、  ２６．水道、  ３０．照度センサ、  ４０．制御装置、  ４１．入力装置、  ４２、４３、４４．タイマ、  ５０．水耕栽培場、  ５１．給水管、  ６０．土壌栽培場、  ６１．スプリンクラ、  ７０．温度センサ、  ８０．炭酸ガス濃度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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